在學習離子鍵與離子化合物的過程中 會常聽到一個名詞晶格能 它不但說明了離子化合物是一個連續性結構 晶格能也與離子化合物的熔點、沸點高低有關 現在就跟著我們一起認識晶格能吧！ 在之前我們學過 原子會藉著失去或獲得電子 使電子組態相似於鄰近惰性氣體的電子組態 進而能穩定的存在 當所有的陰、陽離子聚集並堆積在一起時 會逐漸形成結晶固體 一個在三度空間具有連續性、規律性的結構 科學家們前仆後繼的研究各種離子化合物的晶體結構 再加上X射線儀器的幫助下 已經可以依照晶體的排列方式差異 將晶體分成七種不同的晶系 但在這邊並沒有要繼續深究這七大晶系 如果同學有興趣想多認識它們的話 可以自行把這一塊的知識補足 接下來 我們介紹幾個名詞讓同學認識 首先就是「晶格」 晶這個字在中文裡有規則排列的意思 所以當我們說晶體 就可以聯想到一個排列規則的固體 至於「格」這個字 相關的名詞包括有方格、格子等等 在化學上 我們則是借用這個字來表示一個小單元 這是因為陰、陽離子進行排列時 具有規則性以及連續性 所以我們可以把離子晶體分割成一個一個的小單元 方便我們快速的認識整個晶體結構 這種在晶體中 排列規律的空間格子單元 就稱作晶格 此外 我們還常聽到「晶格能」 它的定義也呼之欲出了 晶格能的定義是指在標準狀態 一大氣壓 25度C下 由原本完全各自獨立的氣態陰、陽離子 結合形成1莫耳晶體後 所放出的能量 就稱為晶格能 既然知道了晶格能的定義 接下來就聊聊該如何進行晶格能數值的估算 晶格能通常很難被直接測量出來 但我們可以借由德國科學家馬克斯·波恩和弗里茨·哈柏 曾經提出的反應熱循環 來推測出晶格能的數值 後來的人們 也把這樣的方式稱為波恩哈柏循環 這個方法其實跟我們曾經學過的赫斯定律有關 根據赫斯定律 反應熱的大小與反應物的初始狀態 以及產物的最終狀態有關 和反應的途徑無關 因此 如果能夠透過已知反應的反應熱 就可以估算出不易藉由實驗測量出的晶格能了 我們現在就利用氟化鋰的波恩哈柏循環來解釋 氟化鋰晶格能是如何被推算出來 1莫耳氟化鋰的標準生成熱 Delta H₆寫成化學反應式為： 固態的鋰與氣態的氟反應形成氟化鋰固體 反應熱為Delta H₆ 上面的反應可拆解成一系列的步驟 第一步驟為鋰的昇華 其熱化學反應式為： 固態鋰會變成氣態鋰 反應熱為Delta H₁ 第二步驟為氟分子分解為氟原子 其熱化學反應式如畫面所示 第三步驟則是鋰原子將最外層電子給游離 其熱化學反應式如畫面所示 第四步驟為氟原子得到電子 第五步驟則是氣態鋰離子與氣態氟離子 聚集形成1莫耳氟化鋰晶體 其熱化學反應式如畫面所示 而Delta H₅就是我們所說的晶格能 將這五步驟加起來 恰好等於氟化鋰固體的莫耳生成熱 根據赫斯定律 存在下列關係式 Delta H₆等於Delta H₁加Delta H₂ 加Delta H₃加Delta H₄加Delta H₅ 所以如果我們想要知道的氟化鋰的晶格能 就可以由下面式子Delta H₅等於Delta H₆減Delta H₁ 減Delta H₂減Delta H₃減Delta H₄ 便可以得知了 請你練習利用下面提供的數據 試著求出固態氯化鎂的晶格能Delta H₅ 一般來說 晶格能的大小與離子鍵的強弱有關 當離子晶體的晶格能愈大 離子鍵通常也會比較強 晶體就會比較穩定 離子晶體的熔、沸點也比較高 因此如果我們想判斷晶格能的大小時 可以借用離子鍵大小判斷的經驗 先考慮電荷乘積大小 乘積越大晶格能越大 若是電荷乘積相同 再比較離子間距離 陰、陽離子半徑和越小 晶格能就越大 熔、沸點也越高 下面是常見的離子晶體晶格能與熔點的比較 可以能夠讓你更能理解熔、沸點的高低 與晶格能大小的關聯性 學習完離子鍵的晶格能後 請你比較下列晶體的晶格能高低： 溴化鉀、氯化鈉、與氧化鎂 學習完離子鍵的晶格能觀念後 讓我們做重點整理吧： 晶格能的定義是指在標準狀態下 由原本各自獨立的氣態自由離子 形成1莫耳晶體時所放出的能量 晶格能通常很難被直接測量出來 但我們可以藉由波恩哈柏循環 來推測出晶格能的大小 進行晶格能的大小比較時 可先考慮電荷乘積的大小 乘積越大則晶格能越大 若是乘積相同 再比較離子間距離 陰陽離子半徑和越小 晶格能就越大